Радиально-поршневой эксцентриковый гидромотор
Использование: в машинах, где требуется вращательное движение рабочих органов . Сущность изобретения: в каждой из пяти радиально расположенных в одном ряду расточек корпуса 1 с образованием рабочей камеры установлены поршень 2 и шатун 3. Поршень 2 и шатун 3 при соединении образуют сферический шарнир. Шатун 3 снабжен опорной поверхностью с камерой гидростатической разгрузки, ограниченной уплотнительным пояском и соединенной каналами в шатуне 3 и поршне 2 с рабочей камерой для взаимодействия с цилиндрической поверхностью эксцентрикового кулачка 4 приводного вала. Геометрические размеры элементов шатуна 3 и поршня 2 выбирают из определенных заданных соотношений . 2 ил. ч Ј VI сл CJ о сЈ
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5 I ) 5
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ
2 нов, Сущность изобретения: в каждой из пяти радиально расположенных в одном ряду расточек корпуса 1 с образованием рабочей камеры установлены поршень 2 и шатун
3. Поршень 2 и шатун 3 при соединении образуют сферический шарнир. Шатун 3 снабжен опорной поверхностью с камерой гидростатической разгрузки, ограниченной уплотнительным пояском и соединенной каналами в шатуне 3 и поршне 2 с рабочей камерой для взаимодействия с цилиндрической поверхностью эксцентрикового кулачка 4 приводного вала. Геометрические раемеры элементов шатуна 3 и поршня 2 выбирают из определенных заданных соотношений, 2 ил. 3 (Л
СА)
О (с
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4825231/29 (22) 15.05.90 (46) 07.08.92. Бюл. N. 29 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт промышленных гидроприводов и гидроавтоматики (72) Б.И.Дьячков (56) Дьячков Б,И. Высокомоментные гидромоторы однократного действия,— М.: Машиностроение, 1980, с, 13, рис. 8б. (54) РАДИАЛЪНО-ПОРШНЕВОЙ ЭКСЦЕНТРИКОВЦЙ ГИДРОМОТОР (57) Использование: в машинах, где требуется вращательное движение рабочих орга!
Ж,, 1753016 А1
1753016
Изобретение относится к гидромашиностроению, s частности к радиальным пятипоршневым (в одном ряду) эксцентриковым гидромоторам, и может найти применение в термопластавтоматах, ковочных манипуляторах, литейных машинах, листогибах, экскаваторах и других машинах, где требуется вращательное движение рабочих брганов.
Известен радиально-поршневой эксцентриковый гидромотор, содержащий корпус с пятью радиальными расточными, в одном ряду, в каждой из которых установлены поршни, шарнирно соединенные с шатунами, имеющими утолщенные основания с опорной поверхностьн,, опирающейся на цилиндрическую поверхность эксцентрикового кулачка приводного вала и содержащей полость гидростатической разгрузки, соединенную (через жиклер или непосредственно) каналами в шатуне и поршне с рабочей камерой. Наличие полости гидростатической разгрузки приводит к резкому уменьшению потери энергии на преодоление сил трения по сопряженным поверхностям шатуна и эксцентрикового кулачка при вращении вала, Недостатками известного гидромотора являются большие радиальные размеры, низкие надежность и КПД, обусловленные неопти мал ьн ыми соотношениями геометрических размеров шатунно-поршневой группы, что приводит к большим объемным потерям в виде утечек по зазорам уплотнительного пояска опорной поверхности шатуна в результате его перекоса под действием сил трения по сферической головке и опорной поверхнос .и шатуна. Для уменьшения утечек конструкция усложнена установкой в канале шатуна специального жиклера с отверстием малого сечения, который ограничивает поступление в полость гидростатической разгрузки рабочей жидкости из рабочей камеры. Однако отверстие малого сечения жиклера чувствительно к загрязнению и для повышения надежности требует дополнительного усложнения конструкции установкой перед жиклером специального фильтра, который зачастую устанавливается на жиклере.
Известен также гидромотор, содержащий корпус с радиальными расточками, в каждой из которых установлены поршни, шарнирно соединенные с шатунами, имеющими утолщенное основание с опорной поверхностью, опирающейся: на цилиндрическую поверхность эксцентрикового кулачка приводного вала и содержащей полость гидростатической разгрузки, соединенную каналами в шатуне и поршне
10 с рабочей камерой, Для стабилизации шатуна полость гидростатической разгрузки выполнена двухкамерной, причем обе камеры лежат симметрично относительно продольной оси шатуна и соединены с рабочей камерой каналами в шатуне и поршне через жиклеры. Такие гидромоторы позволяют улучшить стабилизацию шатуна, следствием чего является уменьшение объемных потерь.
Недостатками известного гидромотора являются недостаточно высокие КПД, надежность и большие радиальные размеры, обусловленные теми же факторами, что и у
15 упомянутого выше гидромотора, а большая ширина опорной поверхности шатуна приводит к увеличению диаметра эксцентрикового кулачка, т.е. к усложнению конструкции и еще большему повышению радиальных
20 размеров гидромотора.
Наиболее близким к предлагаемому является радиально-поршневой эксцентрико-. вый гидромотор, содержащий корпус с радиальными расточками, в каждой из кото25 рых установлены поршни, шарнирно соединенные с шатунами, которые имеют утолщенное основание с опорной поверхностью, опирающейся на цилиндрическую поверхность эксцентрикового кулачка
30 приводного вала и содержащей полость гидростатической разгрузки, соединенную каналами в шатуне и поршне с рабочей камерой. Полость гидростатической разгрузки на опорной поверхности шатуна от35 личается от вышеприведенных тем, что в каналах, соединяющих полость гидростатической разгрузки с рабочей камерой. отсутствует жиклер, Недоста>ками известного гидромотора
40 являются низкие КПД и надежность, обусловленные повышенными объемными потерями в виде утечек рабочей жидкости по уплотнительным пояскам полости гидростатической разгрузки шатуна в резул ьтате пе45 рекоса шатуна под действием сил трения в шарнирном соединении поршень-шатун и по опорной поверхности, взаимодействующей с эксцентриковым кулачком, установленные без учета оптимизации
50 геометрических размеров шатунно-поршневой группы.
Цель изобретения — повышение КПД, надежности и уменьшение радиальных размеров гидромотора.
55 Поставленная цель достигается тем, что в радиально-поршневом зксцентриковом гидромоторе, содержащем корпус с пятьЮ радиально расположенными расточками в одном ряду, в каждой из которых с образованием рабочей камеры установлены пор1753016 шень и шатун, соединенные с образованием сферического шарнира, причем шатун снабжен опорной поверхностью с камерой гидростатической разгрузки, ограниченной уплотнительным пояском и соединенной ка- 5 налами в шатуне и поршне с рабочей камерой для взаимодействия с цилиндрической поверхностью эксцентрикового кулачка приводного вала, геометрические размеры элементов шатуна и поршня выбирают из 10 следующих соотношений: басф = 0,7 0.050п, Lop = 2 0,10п, А = 1,15 0,050ï, В = 0,9 0 050ï, 15
d 0,125+ 0,050п, где басф — диаметр сферы шарнирного соединения поршень — шатун;
0п — диаметр. поршня;
Lnр — приведенная длина шатуна; 20
А и  — соответственно длина и ширина опорной поверхности шатуна;
ci — суммарная ширина уплотнительно/l го пояска камеры гидростатической разгрузки опорной поверхности шатуна,: 25 при этом диаметр эксцентрикового кулачка и величину эксцентриситета выбирают из условия
0э = 2+ 0,1Dп, е =0,4+ 0,0250, 30 где 0э — диаметр эксцентрикового кулачка, е — эксцентриситет.
На фиг.1 изображен продольный пятипоршневой эксцентриковый гидромотор, поперечный разрез; на фиг,2 — шатун в пе- 35 рекошенном пад действием сил трения состоянии, показана образовавшаяся по уплотнительным пояскам опорной поверхности шатуна щель, способствующая повышенным утечкам через нее, и приведены 40 обозначения геометрических параметров поршневой группы, Гидромотор состоит из корпуса 1 с пятью радиальными расточками, в которых расположены поршни 2, шарнирно соеди- 45 ненные со сферической головкой шатуна 3. имеющего утолщенное основание а (фиг.2) с опорной поверхностью, на которой выполнена полость гидростэтической разгрузки Ь, соединенная каналами в шатуне с и поршне 50
d с рабочей камерой К и опирающаяся на цилиндрическую поверхность эксцентрикового кулачка 4 приводного вала с осью вращения О.
Каждая полость гидростатической раз- 55 грузки Ь по периметру имеет уплотнительный поясок шириной P . который может быть выполнен сплошным (фиг.2), так и составным, состоящим из двух продольных поясков, разделенных канавкой, соединенной с полостью гидростатической разгрузки
Ь любым из известных способов, Цилиндрические расточки под поршни закрыты крышками 5.
Гидромотор работает следующим образом.
Подводимая под давлением рабочая жидкость через распределитель "и "каналы (не показаны) поступает в рабочие камеры
К, Под действием усилия давления рабочей жидкости поршень 2 перемещается к центру гидромотора О, воздействует на шатун 3, который передает усилие и движение поршня через опорную поверхность на эксцентриковый кулачок 4, Зксцентриковый кулачок вращается вокруг оси О. При этом опорная поверхность шатуна скользит по наружной цилиндрическбй поверхности эксцентрикового кулачка, Силы трения, возникающие на опорной поверхности шатуна и в сферическом шарнире поршень — шатун, препятствуют перемещению шатуна, в результате чего нарушается равновесное его состояние, возникает перекос и открытие щели g.
Рабочая жидкость из рабочей камеры К по каналам d и с поступает в полость гидростатической разгрузки b, а затем через образовавшуюся щель g по уплотнительному пояску д сливается в картер гидромотора в виде утечек (потерь).
В процессе экспериментальных испытаний установлено, что существуют такие геометрические соотношения Элементов гидромотора, при которых происходит наименьшее открытие щели g (наименьшие объемные потери) и достигаются наименьшие радиальные размеры гидромоторов.
Оптимизация геометрических параметров шатунно-поршневой группы основывается на следующих положениях.
Уменьшение диаметра бсф сферического соединения поршень — шатун приводит к уменьшению радиального размера гидромотора. Однако существенное уменьшение басф способствует снижению надежности в результате увеличения удельного давления-, между сопряженными сферическими поверхностями, выдавливанию масляного слоя и образованию зэдиров по этим поверхностям, Увеличение размера басф уменьшает удельные давления и улучшает условия (надежность) работы. Недостаток в данном случае заключается в том, что при этом увеличиваются радиальные размеры гидромотора и уменьшается прочность поршня в связи с уменьшением размера m (фиг.2).
Оптимальным соотношением является с сф = (0,7 + 0.05)снап.
1753016
Улучшение стабилизации положения шатуна при вращении и выбор оптимальной ширины В основывается на следующих предпосылках.
При вращении эксцентрикового кулачка
4 относительно оси вращения О шатун 3 (фиг.2) совершает колебательное движение относительно оси Y (вокруг центра 02). Во время рабочего хода при подаче рабочей жидкости под давлением в рабочую камеру
К поршень 2 перемещается вниз, а ось шатуна отклоняется от оси Y на угол P . В сферическом шарнире возникает сила трения F t, направленная против часовой стрелки, На опорной поверхности шатуна возникает сила трения 1=2, которая направлена по часовой стрелке относительно центра сферы или центра колебания шатуна 02.
В этом случае уравнение моментов имеет следующий вид:
F< 2 — F2L = 0 или F < 2 — F2L, (1) где F> и Fz — силы трения, действующие на шатун;
0э
L = Lnp — 2 — PRvlHa ШатУна:
Lnp - приведенная длина шатуна, Соотношение(1) является условием равновесного состояния шатуна,.которое сохраняется вплоть до максимального угла наклона, равного
19 4ax ——
Lnp (2)
Затем движение оси шатуна меняет направление в сторону уменьшения угла Р.
При этом вектор силы трения F< в сферическом шарнире, оставаясь по величине равным F>, направлен в противоположную сторону. В этом случае уравнение моментов отличается от (1) и имеет вид
F1 2 +F L=Ìp (3) где Мр — реактивный момент, равный
Мр = Rh (4) где R — реактивная сила, действующая вдоль правого (по чертежу) уплотнительного пояска опорной поверхности шатуна;
h — плечо действия силы R относительно центра сферы.
Перекос шатуна и образование щели g имеет место, когда сумма моментов в левой части уравнения (3) больше реактивного момента Мр. Увеличение реактивного момента можно достичь увеличением плеча h, т.е, увеличением ширины В опорной поверхности шатуна. Однако это приводит к увеличению Da — диаметра эксцентрикового кулачка. Оптимальным соотношением размера В является
В = (0,9+ 0,05)0п., (5)
Уменьшение потерь энергии на преодоление сил трения и выбор оптимальных размеров шатунно-поршневой группы
5 основывается на следующих предпосылках.
Момент силы трения между опорной поверхностью шатуна и эксцентрикового кулачка определяются из выражения
0э
10 Р 2 (б)
Из равенства (6) следует, что с увеличением диаметра Da увеличивается момент трения Мтр, а с уменьшением 0э момент трения уменьшается. Минимальный предел
15 Da лимитируется зазором Л > О, когда устройство работоспособно. При соотношении
А< О устройство неработоспособно.
Оптимальным соотношением размера
Da является Da = 2 + 0,10п при сохранении
20 условия (5), Оптимальный размер эксцентриситета е и приведенной длины шатуна Lop установлен в процессе конструктивных проработок.
Установлено, что оптимальным соотноше25 нием является для эксцентриситета е =(0,4+ 0,025)0п, для приведенной длины шатуна
Lop = 2 + 0,10п.
30 Такое соотношение размеров L p и е обеспечивает угол наклона Р э, равный
10...110.
Увеличение эксцентриситета е приводит к уменьшению диаметра поршня Dll и к
35 увеличению радиальных размеров гидромотора. а уменьшение — к увеличению 0п, увеличению ширины опорной поверхности В и увеличению диаметра эксцентрикового кулачка Da, 40 Увеличение приведенной длины шатуна Lnp приводит к увеличению радиал ьн ых размеров гидромотора.
Допуская эпюру распределения давления в полости гидростатической разгрузки
45 шатуна в виде усеченной пирамиды исходя из равенства усилий, действующих со стороны поршня и камеры гидростатической разгрузки при максимальном угле Р наклона шатуна, длина А опорной поверхности ша50 туна при заданной ширине В устанавливается из соотношения
А = 1,15 + 0,050п.
Приведенные соотношения размеров диаметра сферического шарнирного соеди55 нения поршень — шатун, диаметра эксцентрикового кулачка, эксцентриситета, приведенной длины шатуна, ширина и длины опорной поверхности шатуна, ширины уплотнительного пояска для принятого диа1753016
10 метра поршня в радиальном пятипоршневом (в одном ряду) эксцентриковом гидромоторе позволяют повысить КПД гидромотора за счет стабилизации положения шатуна и уменьшения объемных потерь по уплотнительным пояскам камеры гидростатической разгрузки шатунов, увеличения надежности и уменьшения механических потерь на преодоление сил трения по сферической поверхности поршень — шатун и по поверхностям скольжения опорная поверхность шатуна — эксцентриковый кулачок, а также уменьшить радиальные размеры гидромотора.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения обеспечивает по сравнению с существующими решениями снижение потребляемой энергии за счет повышения КПД, увеличение эксплуатационной надежности и расширение сферы применения, а также снижение материалоемкости зэ счет сокращения радиальных размеров.
Формула изобретения
Радиально-поршневой эксцентриковый гидромотор, содержащий корпус с пятью радиально расположенными расточками в одном ряду, в каждой из которых с образованием рабочей камеры установлены пор- шень и шатун, соединенные с образованием сферического шарнира. причем шатун снабжен опорной поверхностью с камерой гидростатической разгрузки, ограниченной уплотнительным пояском и соединенной каналами в шатуне и поршне с рабочей камерой для взаимодействия с цилиндрической по5 верхностью эксцентрикового кулачка приводного вала, отличающийся тем, что,. с целью повышения КПД, надежности и уменьшения радиальных размеров, геометрические размеры элементов шатуна и пор10 шня выбирают из следующих соотношений:
dc< = 0,7 + 0,05Dn, Ьр - 2+ 0,10п, А = 1.15 и 0,050п.
В - 0,9 0,050п, 15 g= 0,125+ 0,050п, где d Оп — диаметр поршня; Ьр — приведенная длина шатуна; 20 А и B — соответственно ширина и длина опорной поверхности шатуна; К- суммарная ширина уплотнительного пояска камеры гидростатической разгрузки опорной поверхности шатуна, 25 при этом диаметр эксцентрикового кулачка и величину эксцентриситета выбирают из условия 0э = 2+ 0,10п, e = 0.4 + 0,025Dn. 30 где D — диаметр эксцентрикового кулачка; е — эксцентриситет. 
